Cuando Estambul era Constantinopla durante el período romano, y más tarde del Imperio bizantino, cientos de cisternas subterráneas fueron construidas por debajo de las calles y las casas para almacenar agua. La más grande de todos ellas es la Cisterna Basílica, llamado así porque estaba debajo de la basílica Stoa, una gran plaza pública bizantina.
Esta estructura impresionante, con más de trescientas columnas abovedados rematadas con capiteles dóricos parece como un palacio, de allí viene su apodo moderno del «Palacio Hundido». A nivel local, se le conoce como Yerebatan Sarnıcı, traducido del turco «cisterna subterránea.»
La cisterna fue encargada por el emperador Justiniano I y construido en el año 532 para satisfacer las necesidades de agua del Gran Palacio y edificios adyacentes. Tiene 140 metros de largo y 70 metros de ancho, y tenía una capacidad de almacenamiento de 100.000 toneladas de agua. El techo está soportado por 336 columnas de mármol, cada una de 9 metros de altura y dispuestas en filas y columnas.
Muchas de estas columnas fueron traídas de ruinas de otros edificios más antiguos, probablemente traídas a Constantinopla de diversas partes del imperio, junto con las que se utilizaron en la construcción de Santa Sofía.
Quizás la imagen más llamativa en la cisterna son dos cabezas gigantes del monstruo mítico de la medusa. Las cabezas de medusa se utilizan como soportes casualmente bajo las dos columnas en el extremo noroeste de la cisterna. Una de ellos esta colocada boca abajo y la otra está inclinada a un lado. Su extraña posicionamiento y el misterio de su origen atrae mayor atención de los visitantes. Se dice que las cabezas fueron colocadas para contrarrestar la mirada mortal de la medusa. Sin embargo, la verdad podría ser un poco más práctica que esta mítica idea – esta orientación proporciona un apoyo adecuado a las columnas.
Después Estambul cayó en la conquista otomana en 1453, los otomanos establecieron sus propias instalaciones de agua en la ciudad, ya que preferian el agua corriendo que el agua quieta. La cisterna estaba cerrado y olvidada.
Casi un siglo más tarde, cuando Petrus Gyllius estaba en Constantinopla realizando una investigación de las antigüedades bizantinas, escuchó historias de cómo los residentes locales hablaban que cerca de Santa Sofía se podía obtener agua mediante cubos en agujeros de sus sótanos. A veces, incluso podían conseguir peces. Gyllius decidió investigar y, finalmente, logró acceder a la cisterna a través del sótano de una de las casas en esa zona. Incluso después del descubrimiento, los otomanos no trataron la cisterna con respeto y lo convirtieron en un basural.
Después de mucho trabajo fue posible recorrer la cisterna subterránea con un barco, al igual que James Bond lo hizo en el 1963 en la película de Rusia con amor. En 1985, durante los trabajos de restauración, unas 50.000 toneladas de lodo se retiraron de la cisterna y plataformas elevadas fueron construidas a lo largo de la cisterna para reemplazar los barcos. La cisterna se abrió al público en 1987.